建构主义理论框架下“化学与社会”课程建设与实践——以“一带一路”知识体系构建为例

朱彬琰，王程，李万梅，章鹏飞，徐伟明

杭州师范大学材料与化学化工学院，杭州 311121

中国国家主席习近平在2013年出访中亚国家哈萨克斯坦时提出共建“丝绸之路经济带”战略构想，哈萨克斯坦以及其他欧亚各国优势独具、作用重大，是连接活跃的东亚经济圈和发达的欧洲经济圈的重要桥梁。同年，习近平在印度尼西亚国会发表演讲，提出共同建设“21世纪海上丝绸之路”的重大倡议。由此，“丝绸之路经济带”联合“21世纪海上丝绸之路”合称“一带一路”重大战略，形成一个海陆闭环[1]。

正是因为拥有张骞出塞、郑和下西洋等历史文化基础，中国才能重新在这条流淌着牛奶和蜂蜜的道路上，奏响“一带一路”交响曲。我们需要充分利用特有的历史优势，将我国自强不息的民族精神发扬光大。因此，在当今世界百年不遇的时代背景下，我们认为化学专业选修课程不仅需要帮助新时代大学生获得学科相关的知识与理念，更需要帮助他们构建引领世界百年大变局的格局。然而在化学与社会课程教学的一般场景中，教师往往侧重于社会生活中与化学相关的科学知识的传授，而缺乏引导学生关注时代与社会性情境。我们在课程建设和实践中运用建构主义的理论，探讨“一带一路”中的社会与化学“元素”，通过“中巴经济走廊”、全球变暖与冰上丝绸之路以及半岛无核化与东北亚经济共同体等知识点的阐述，搭建“地球村”框架，并帮助学生构建化学与社会课程理论和“一带一路”时代情境相结合的整体知识体系(图1)[2,3]。

图1 “一带一路”时代情境的整体感知

1 “中巴经济走廊”将“一带一路”有效连接

“中巴经济走廊”是连接“一带”和“一路”的枢纽，其中瓜达尔港作为巴基斯坦的第三大港口是“中巴经济走廊”的重要部分。它们对于东亚国家的转口贸易及中亚内陆国家的出海具有重要战略地位，其直达喀什的石油通道比经马六甲海峡的航线缩短近12000公里左右。通过观察世界地图，学生可直观感受到距离的缩短。从国内出发，经中巴经济走廊到达瓜达尔港，然后从港口出发经过海路到达欧洲，将“一带”和“一路”有机结合起来，既解决了陆路文化背景复杂的问题，又解决海路绕圈距离远的问题。我们在课程中通过讲解基础设施建设工程中的化学技术的运用，帮助学生建立化学与社会课程知识与“一带一路”建设之间的结合点。

1.1 化学浆材注浆堵漏技术助力高铁等交通基础设施建设

高铁等交通基础设施建设缩短了欧亚大陆之间的“距离”，更促进了途径地的经济活动。在高铁施工建设中，隧道防排水问题是一大难点。目前隧道防排水施工堵漏材料可以分为无机物与有机物两类。无机物多为单液水泥浆，在建设中也最为常见，但在遇到地下水时泥浆很容易被稀释，难以形成完整的固体，并且整体凝固时间长，形成的结构也较为不稳定；而有机物则为化学泥浆，主要分为丙烯酰胺以及聚氨酯两类，在注浆过程中具有良好抗渗透能力，不仅能起到隧道加固作用，更能不断提升隧道防水以及止水作用[4]。

1.2 金属防腐技术发展为复杂海港工程提供了物质和技术基础

瓜达尔港工程施工工艺复杂、交叉作业工序多，长期与海水接触并处于潮湿环境中，氯离子的渗入激活钢筋表面铁原子，破坏表面局部的钝化膜，使内部的铁基体暴露于海水中，剩余钝化膜与裸露的铁基体构成电位差，形成原电池，从而加速了钢筋的腐蚀，导致混凝土结构在短短10–20年就发生了破坏[5]。我国接手瓜达尔港以后，对码头的设计上需使用50年不大修，因此对钢管桩的使用有着特殊的要求。除钢筋本身之外，还要增加混凝土的耐久性以延长码头的使用年限，利用活性掺合料中的活性SiO2堵塞由于水泥水化所形成的毛细孔，改善水泥石结构、提高水泥石的密实度，从而获得一系列的高性能[6]。

2 全球变暖与冰上丝绸之路

中国通往欧洲的传统路线是走陆上丝绸之路，该路线上存在着种族、宗教、文化、极端主义等问题；而走经马六甲海峡的海上航线，不仅需要大量的燃料费和航线时间，还容易因国际关系的变化产生不确定性。而冰上丝绸之路的沿线国家比较单一，其主要经过俄罗斯北部地区，不稳定因素相对减少，更可以免遭海盗侵袭，提升航行的安全程度。在全球变暖的背景下，北冰洋作为新的海运航线的价值逐渐显现。我们结合金属防冻技术的应用，重点突出化学在保障我国创造性开辟冰上丝绸之路方面的重要作用。

2.1 纳米超疏水层的应用保障船舶极地航行

由于北冰洋常年维持在零下40 °C到零下20 °C之间，海面冰层一年中只有约两三个月融化，夏秋季节在开放海域容易形成高度变化和不可预测的冰流，这对船体防冻技术提出了很高要求，并且直接关系到极地航行的商用成本与船员安全。纳米超疏水层的应用不仅能减少船体表面摩擦阻力，还能有效防止船体结冰[7]。这是通过先进的纳米材料与树脂进行结合，使其表面对水这种高张力液体表现出超强的排斥性，从而展现优异的超疏水性能。这种特殊的物理化学性质能够使水滴自然脱落而有效阻止表面结冰，从而提升船舶的航行速度和运输效率。

2.2 全自动TIG焊接技术与我国能源安全

我国研究人员在被誉为“镶嵌在北极圈上的能源明珠”的中俄能源合作重大项目——亚马尔液化天然气项目中，运用了全自动TIG焊接技术。这一技术结合了低温碳钢和奥氏体不锈钢的焊接特点，为防止奥氏体不锈钢的热裂纹，焊缝金属中添加了一些铁素体形成元素，同时需要控制铁素体含量不能超过7 FN，以避免铁素体的形成，从而降低材料的低温冲击韧性[8,9]。该技术的应用，使来自俄罗斯的液化天然气得以安全地储存和运输，保障了我国的能源安全。

3 半岛无核化和东北亚经济共同体

核能作为一个新兴的能源，备受各国关注。1939年原子核裂变的发现，开辟了核能利用的新时代。尽管核能首先用于军事上，但是目前已经转向和平利用，并且作为一种相对清洁的新能源迅速崛起和发展，显示了越来越重要的地位[10]。历史的经验教训告诉我们，只有合理、正确地运用核能，才能推动世界的稳定与繁荣。朝鲜半岛地处东北亚核心，因此，半岛无核化是建设东北亚经济共同体的必要前提，而我国必将始终大力支持半岛无核化的进行。我们结合核武器的危害、半岛核危机和福岛核事故等知识，将核化学的知识与半岛无核化联系起来，从而增强学生对核化学与东北亚稳定和人类存续问题的感知。

3.1 “轻水反应堆”与“重水反应堆”之争

根据1994年美国和朝鲜在日内瓦签订的《美朝核框架协议》，美国须在2003年前为朝鲜建造两座1000 MW的“轻水反应堆”，但协议最终未能执行。而朝鲜所希望建设的“重水反应堆”又被美国批为痴心妄想，从而开启了持续的制裁。为什么一字之差会有这么大的差别呢？核裂变反应是持续的链式反应，不加以控制将呈现一种几何级的增长方式，而不同的控制方法会产生不同的结果。水是使核反应堆中产生的中子减速的最好材料之一，轻水即普通水，然而重水(D2O)作为慢化剂尽管更为优异，但其副产物氘、氚等可以用来作为生产原子弹的原料[11]，因此朝鲜得不到国际社会的支持。核危机一旦爆发，核爆炸的冲击波、光辐射、早期核辐射、核电磁脉冲和放射性污染等效应将对人体和物体起巨大的杀伤和破坏作用，严重破坏东北亚的和平和稳定。

3.2 核能快反应堆取代热反应堆的利弊

热反应堆是目前发展核电的主要堆型，其利用的燃料铀只有同位素铀235才具有强放射性，但是自然界中铀235的丰度只有0.714%，所以铀235需要通过氢氟酸酸化溶解、氟化、离心等工艺制备，而且不可避免会得到大量的核废料(铀23)难以处理[12]。同时，自然界中的铀235储量是有限的，因此，用钚239作燃料的快反应堆便应运而生。快反应堆在堆心燃料钚239的外围再生区里放置铀238，裂变反应放出来的快中子被铀238吸收，铀238就会很快变成钚239。这样核燃料越烧越多，快速增殖，将使铀资源的利用率提高50–60倍，解决大量铀238堆积浪费、污染环境的问题。但是，快反应堆也存在问题。2013年日本福岛核电站发生泄漏后，前英国政府辐射事务顾问巴斯比博士指出福岛核电站存在严重风险，尤其是三号反应堆，因为它采取的是快反应堆，而钚的所有同位素都具有放射性，核泄漏导致的危害极大[13]。因此我们必须对东北亚地区核能的发展保持警惕，确保核反应堆的安全运行。

4 “一带一路”情境下的化学与社会知识体系的构建

在课程中，我们以“一带一路”作为课程的时代情境，采用建构主义理论指导下的教学，引导学生以多元化、创新性的视角看待“一带一路”的新发展，突破“一带一路”的原始认知，将“中巴经济走廊”和瓜达尔港口的建设将“一带一路”有效连接、全球变暖与冰上丝绸之路的建设以及东延至半岛无核化和东北亚经济共同体建设作为学生新旧知识与化学学科之间联系的生长点、优化自身认知结构，拓展搭建的概念框架。教师与学生在客观存在的社会关系内，通过语言、思维、对话等形式对化学与社会和“一带一路”新发展之间进行知识联系[14]。不仅帮助学生掌握社会情境下的化学知识，更能引导学生增强历史使命感。

构建主义理论认为：“学习者可在某些情境下、借助学习过程中他人的帮助，运用既有的学习资料进行意义建构”[15]。通过课程中的情境引导，教师已经帮助学生建立了他们原有的知识经验与新获得的化学学科知识、“一带一路”新发展之间的联系，据此，学生可根据现有的知识基础，通过搭建概念框架的方式，找到新、旧知识之间的关键点，构建“一带一路”情境下的化学与社会知识体系(图2)[16]。

图2 “一带一路”情境下的化学与社会知识体系构建

5 结语

学习是学习者主动构建知识的过程。通过建构主义的教学，我们不仅引导学生发现在经济社会发展的方方面面，化学发挥着十分重要的作用，而且引导学生认识到在“一带一路”建设的时代情境下，要运用知识、发挥作用，把握和引领世界百年大变局。最终，我们希望学生可以通过课程建构化学与社会发展紧密联系观点，构建“一带一路”和“地球村”的整体概念，未来助力中巴经济走廊、冰上丝绸之路以及半岛无核化与东北亚经济共同体等战略的开拓发展，将其内化为自身的思想追求，最终促进学生的发展与学科的一流课程建设[17]。